野外VSP數(shù)據(jù)采集處理與資料質(zhì)量控制研究

王修偉(中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

垂直地震剖面(VSP)作為一種不可或缺的勘探開發(fā)工具已廣泛應(yīng)用于油氣田勘探開發(fā)的各領(lǐng)域中。VSP資料相對于地面地震資料來說，其分辨率和信噪比都更高[1]，井下檢波器可以記錄到地層內(nèi)的下行波場和上行波場等非常豐富的地下信息，通過對上行波和下行波進(jìn)行波場分離，在下行波中設(shè)計反褶積因子，對上行波進(jìn)行震源信號反褶積，從而消除多次上行波，得到精確的一次反射波地震記錄，可以提供時深關(guān)系及速度模型用來精確標(biāo)定地面地震[1]。利用常規(guī)的測井曲線可推出合成地震剖面。通過垂直地震剖面和合成地震剖面將地面地震資料和測井資料聯(lián)結(jié)起來，可以更可靠地標(biāo)定地震反射層的地質(zhì)層位[2]。

近年來，隨著VSP技術(shù)的飛速發(fā)展，VSP的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴大，對VSP技術(shù)要求也越來越高，除了加快采集設(shè)備進(jìn)行升級更新外，還需要提高野外采集技術(shù)與現(xiàn)場資料質(zhì)量控制，不斷提高VSP資料的采集質(zhì)量，不斷進(jìn)行方法和技術(shù)的研究和創(chuàng)新，完善現(xiàn)有方法和技術(shù)的不足，以便有效提高VSP測井的質(zhì)量和效用，取得更加精確的原始資料，更好的為油氣田勘探開發(fā)生產(chǎn)服務(wù)，本文將詳細(xì)介紹野外VSP采集作業(yè)中影響資料質(zhì)量的因素和提高質(zhì)控的方法。

1 觀測系統(tǒng)設(shè)計

總起來說，根據(jù)偏移距可將VSP采集觀測方式分為兩種：零偏VSP和非零偏VSP。零偏VSP指震源距離井口較近，一般不超過100 m范圍，檢波器置于井下一系列測點的觀測方式，它包含了各類直井和斜井常規(guī)零偏VSP以及Check Shot VSP；非零偏VSP為震源遠(yuǎn)離井口，檢波器置于井下一系列測點的觀測方式。非零偏包含的VSP觀測系統(tǒng)比較多，且方法都比較新，測量方式都比零偏VSP先進(jìn)，它包含了以垂直入射和Walk-away為代表的2D-VSP和各類3D-VSP觀測系統(tǒng)。

目前常見VSP作業(yè)均為零偏VSP作業(yè)，其具有作業(yè)時間短、投入成本低、作業(yè)難度小、易操作等一系列優(yōu)點，零偏VSP作業(yè)模式如圖1所示，假設(shè)地層中存在兩個不同的水平反射層P1和P2，圖1(a)是它的觀測系統(tǒng)模式圖，圖1(b)是它的波阻抗地質(zhì)模型。

圖1 VSP作業(yè)模型

2 施工方案注意事項

下面以零偏VSP作業(yè)為例，根據(jù)中海油服現(xiàn)有Geowaves VSP設(shè)備大量現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗總結(jié)，對野外VSP數(shù)據(jù)采集與資料質(zhì)量控制進(jìn)行探討。

(1)震源位置設(shè)計時，如果是傾斜地層，則根據(jù)幾何地震學(xué)原理，震源應(yīng)該置于地層的上傾方向，這樣可以掃描到更大的地下觀測范圍。

(2)在VSP作業(yè)中，通常是井下檢波器置于固定采集點后地面多次放炮激發(fā)，然后多炮疊加，以求提高資料的信噪比，炮數(shù)越多，信噪比越高，一般在滿足信噪比要求的前提下，還得考慮到作業(yè)時效的問題，經(jīng)過綜合計算和實踐證明，每個點取得5炮有效記錄疊加為最佳炮數(shù)。

(3)采用多級井下檢波器，多測點組合可以有效地壓制削弱井筒波的影響，同時也可以有效地提高整體作業(yè)震源重復(fù)性，提高作業(yè)時效，縮短作業(yè)時間。

(4)常規(guī)零偏VSP作業(yè)，其探測范圍受井口和震源偏移距影響較大，設(shè)井口到震源的距離為L，地下某探測層位深度為H，井下檢波器所處位置深度為D，則VSP地震波能探測到該層位的最大水平距離范圍為X=[1-H/(2H-D)]·L。所以，當(dāng)偏移距越大，探測范圍也就越大，同時，大的偏移距還能夠更加有效地壓制井筒波，但是大偏移距會導(dǎo)致求取的速度模型精度變差，根據(jù)實踐經(jīng)驗，通常選用30～60 m的偏移距效果比較好。

(5)如果檢波器和地層耦合不好，或電纜波太強，也會導(dǎo)致資料質(zhì)量下降。為了使檢波器與井壁耦合良好，可以采取加大開腿電流并多次推靠的方式來解決，同時每1 000 m放松電纜1 m左右用于消除電纜波，注意不宜放松過多，否則極易將井下軟連接級間電纜損壞，然后再進(jìn)行多次激發(fā)采集，直至取得足夠的有效記錄，應(yīng)當(dāng)注意，每個采集點電纜靜止時間不可超過15 min，以避免電纜吸附卡，當(dāng)超過15 min后應(yīng)先給儀器收腿然后上下活動電纜。

(6)根據(jù)井眼大小選擇合適尺寸的推靠臂，小井眼推薦使用小尺寸推靠臂，可使檢波器更好的與地層耦合，獲取資料質(zhì)量更佳。推靠到位后可進(jìn)行再次推靠，進(jìn)一步確保與地層耦合良好。

3.4.3 均勻度指數(shù)。各土地利用方式大型土壤動物群落均勻度指數(shù)（J）濕地＞森林＞農(nóng)田＞退耕林地＞退耕濕地。

(7)檢波器的極間距應(yīng)該滿足空間采樣定理

式中：vmin為目的層最小層速度；fmin為目的層的最高反射波主頻，考慮到資料質(zhì)量和作業(yè)時效等各方面因素，經(jīng)過經(jīng)驗計算和大量實際作業(yè)證實，采用15 m的極間距最為適宜，最具有普適性。當(dāng)精細(xì)勘探時，可以采用10 m的極間距進(jìn)行作業(yè)。

(9)在整個VSP采集作業(yè)中，要明確現(xiàn)場禁止除銹敲擊震動等大的聲音和震動干擾作業(yè)，還應(yīng)禁止電焊、高頻對講等存在高頻信號干擾的作業(yè)，同時注意觀察井場環(huán)境并避開周期性干擾，選擇在環(huán)境噪聲低的時間窗口點炮激發(fā)采集地震數(shù)據(jù)。

(10)在套管中測VSP時，當(dāng)套管固井質(zhì)量不好或未固井，會對VSP資料質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，套管中測VSP的前提體檢應(yīng)先確保固好井。

(11)當(dāng)采集點處于擴徑位置，井徑超過檢波器推靠臂極限無法耦合井壁時，可以上提或者下放2 m左右，在該采集點附近位置選擇推靠臂能夠較好耦合井壁的地方采集。

(12)當(dāng)在斜井和大泥漿比重井眼中進(jìn)行多級VSP采集作業(yè)時，由于各級檢波器之間使用電纜軟連接，設(shè)備較輕，為使儀器順利下放，可在儀器串底部掛接兩個或多個加重桿。

①震源的主頻帶范圍；②震源的能量強度；③震源子波的一致性；④震源的優(yōu)缺點等[3]。目前可用于VSP測井的震源主要有炸藥震源、陸地震源車、電火花震源和氣槍震源這四大類，綜合考慮成本、效用、品質(zhì)、優(yōu)缺點和其他客觀因素等，空氣槍震源的性價比最高。

(14)中海油服現(xiàn)使用G GUN250型250立方英寸容積的空氣槍，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于0.5 kg TNT，采用優(yōu)化氣室結(jié)構(gòu)，能有效地減弱氣泡效應(yīng)，并能夠提供單獨的TB(Time Break)信號。使用槍壓一般在12.41～17.24 MPa，主要根據(jù)井深和地下地質(zhì)情況靈活調(diào)節(jié)氣壓，以使得有足夠的能量傳播到地下?？蓡螛屪鳂I(yè)，也可以組成雙槍或三槍槍陣，以提供更大的能量，滿足不同類型VSP采集作業(yè)的需要，同時更加有效壓制氣泡效應(yīng)。

(15)氣槍的沉放深度一般為5～6 m，太淺會因海面波浪的影響而影響水聽器信號。

(16)同一深度點采集的信號發(fā)生漂移現(xiàn)象，造成非同相位疊加，對資料后期處理影響較大，資料質(zhì)量得不到保證。這種現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于震源不一致所致，主要有兩方面原因可能導(dǎo)致此類問題的發(fā)生：一是氣槍工作壓力不一致，在作業(yè)過程中氣槍點火過于頻繁，導(dǎo)致壓力變化較大，從而產(chǎn)生此類問題；二是氣槍在作業(yè)過程中，由于海況(波浪)或氣候(風(fēng)力)影響，導(dǎo)致氣槍位置不穩(wěn)、入水深度變化過大，從而產(chǎn)生了上述問題。因此，在作業(yè)中應(yīng)保證氣槍以較恒定的壓力工作，另一方面要盡量保持氣槍的位置穩(wěn)定，在海上作業(yè)時可以要求在吊放氣槍時使用吊車大勾，這樣可以更好地保證氣槍位置的穩(wěn)定。

(17)氣槍激發(fā)間隔時間不夠，也會造成震源不一致，導(dǎo)致資料疊加后信噪比偏低，要求工程師在現(xiàn)場作業(yè)時，根據(jù)實際情況，通過氣槍氣壓表觀察，氣槍激發(fā)一次后，大概需要多少秒，氣槍壓力能夠恢復(fù)到設(shè)定壓力，則該時間為正確的氣槍激發(fā)最小間隔時間。

(18)除此之外，現(xiàn)場可以手動調(diào)節(jié)合適的氣槍點火延遲時間，來獲取完整良好的水聽器波形信號；精確的拾取首波也尤為關(guān)鍵，一般沿首波起跳點的切線方向拾取首波。

(19)為確保震源子波保持一致，在VSP作業(yè)中還需要在震源附近設(shè)置震源檢波器，即近場子波檢波器[4]，氣槍震源的子波檢波器是水聽器。由此，可利用水聽器信號對每道地震記錄作震源一致性校正處理。因此，VSP采集時，獲取完整準(zhǔn)確的水聽器信號非常重要。

(20)水聽器與氣槍的距離，一般不超過氣泡的彈性變形帶邊界1～2 m。如使用其他陸地震源，其近場子波檢波器到震源的距離不應(yīng)超過震源子波優(yōu)勢波長[5]。震源到子波檢波器距離過小，則子波不穩(wěn)定；震源到子波檢波器距離過大，則子波易受干擾可能會產(chǎn)生畸變。為了獲取完整的水聽器信號，同時有效避免水聽器處于震源爆炸的塑性變形區(qū)內(nèi)，通常采用2.5 m的水聽器到氣槍的距離，應(yīng)時刻注意震源與檢波器之間的距離應(yīng)保持不變。同時，水聽器還應(yīng)該避免離水面太近，以減弱海浪對它的影響。

(21)如果是陸地挖坑使用氣槍震源作業(yè)，一般要求水坑尺寸：長×寬×高為7 m×7 m×6 m。根據(jù)在伊拉克多次VSP陸地作業(yè)經(jīng)驗來看，震源坑挖的越大越深越好，以防作業(yè)中途氣槍把震源坑炸坍塌。為避免震源坑被炸坍塌，所以盡量選取土質(zhì)較硬的地方挖坑，避開二次填埋平整等土質(zhì)疏松區(qū)域。建議震源坑盡量挖大一點，這樣就算在作業(yè)中途坑被炸塌一點點，只要不是太嚴(yán)重，還可以繼續(xù)作業(yè)。對于深度，一般挖掘機臂展太短很難挖6 m深，如果挖不到6 m深，至少也要超過5 m。挖完坑后，在坑的周圍壘起1 m高左右的圍墻，以彌補震源坑過淺等不足，也方便后期能夠往坑內(nèi)充分加水。震源坑的剖面是一個傾角大概80度左右的倒梯形，這樣可以有效防止震源坑坍塌。

(22)采集的信號噪音較大，還可能是地面系統(tǒng)地線接觸不好。對此，要求VSP工房的地線必需連接可靠，使用滑環(huán)接頭將地面與電纜直接連接，減少中間環(huán)節(jié)，另外確保采集機箱和工房接地良好，避免雜波干擾。在現(xiàn)場作業(yè)中，如果出現(xiàn)此類干擾，還要調(diào)查周圍的環(huán)境影響因素，排除可能出現(xiàn)的其他干擾源。

(23)VSP采集軟件一般都有自動拾取首波起跳點的功能，但是通常電腦自動拾取會有一部分道集拾取不準(zhǔn)，需要在資料后處理時人工進(jìn)行拾取，盡可能減少誤差，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3 結(jié)語

本文綜合闡述了VSP作業(yè)從觀測系統(tǒng)的設(shè)計，到施工方案、地面采集系統(tǒng)，井下儀器、震源系統(tǒng)，近場子波檢波器、施工效率和施工成本等方面與VSP野外數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場資料質(zhì)量控制之間的關(guān)系。在VSP野外數(shù)據(jù)采集過程中，對施工方法以及注意事項，提供了一些實際工作中的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗和理論，對VSP現(xiàn)場作業(yè)具有一定的參考意義。